Магнитное поле. Сила Лоренца. Сила Ампера

Магнитное поле, Сила Лоуренца

Магнитное поле. Сила Лоренца. Сила Ампера

До сих пор мы изучали лишь взаимодействую относительно неподвижных электрических зарядов, которая осуществляется через стационарное электрическое поле. Рассмотрим теперь взаимодействие подвижных электрических зарядов.

Если это два заряды, то один из них всегда можно считать условно неподвижным (телом отсчета, расположенным в начале координат), а другой таким, которое двигается со скоростью относительно первого. Тогда электромагнитную силу, с которой взаимодействуют два таких заряды, можно разложить на две векторных компоненты.

Уже известна нам сила кулоновского (электрической) взаимодействия двух зарядов, которое в вакууме зависит лишь от произведения их величин и обратного квадрату расстояния между ними.

Сила взаимодействия между относительно подвижными зарядами, которая зависит также от скорости их относительного движения и вращается в нуль, если. Это взаимодействие в дальнейшем будем называть магнитным взаимодействием.

Магнитное взаимодействие возникает лишь при руссе заряженных частиц и тел, потому и источником такого магнитного взаимодействия будем считать пока что именно подвижные заряды. Магнитное взаимодействие, как и электрическое взаимодействие, проявляется в возникновении вокруг относительно подвижных электрических зарядов силового поля, которое действует на другой подвижной заряд, внесенный в это поле, которое в дальнейшем будем называть магнитным полем. Примеры магнитного взаимодействия: тяготение, или отталкивание двух параллельных проводников с током; поворот легкой магнитной стрелки около проводника с током.

Магнитное поле осуществляет ориентирующее влияние на магнитные стрелки, или на рамки (контуры) с током. За направление магнитного поля принимают направление нормальный к плоскости контуру (рамки) с током, которая находится в магнитном поле в состоянии равновесия, или направление магнитной стрелки, уравновешенной в магнитном поле.

Силовой характеристикой магнитного поля является вектор индукции, который определяет силу, которая действует на подвижной электрический заряд в магнитном поле и имеет название силы Лоренца. Направление силы Лоренца определяется векторным произведением двух векторов и, следовательно, сила Лоренца является нормальной до обоих этих векторов и направлена по правилу правого винта. Из-за того, что сила Лоренца является нормальной (перпендикулярной) к вектору скорости заряженной частицы, она вынуждает частицу непрерывно изменять направление вектора скорости, то есть двигаться по кривой линии.

Сила Лоренца является максимальным, если угол между векторами индукции магнитного поля и скорости частицы есть прямым и вращается в нуль, если эти векторы являются коллинеарными (угол равняется, или), как это видно из выражения для ее модуля.

Сила которая действует на проводник с током, вмещенный в магнитное поле, понятно является связанным с силой Лоренца, которая действует на каждый подвижной заряд в проводнике. Векторная сумма сил, которые действуют на каждый отдельный заряд проводника определяется для каждого элемента его длины отдельно.

Сила имеет название силы Ампера. Она действует на элемент проводника с током, вмещенного в магнитное поле со стороны этого поля. Полная сила определяется интегрированием по всей длине проводника, потому что разные элементы длины могут иметь разную ориентацию в магнитном поле (к тому же и магнитное поле может изменяться на длине проводника). Обратите внимание: во-первых интегрирование является векторным, а во-вторых, перестановка множителей в векторном произведении изменила его знак.

Сила Ампера и индукция магнитного поля должна формально измеряться в Н/(А.м), как это видно из выражения для закона Ампера. Учитывая, что Н=Дж/м=В.А.с/м, единицу измерения индукции можно переписать в виде: В.с/м2=Т(есла). Название Тесла для единицы магнитной индукции происходит от фамилии выдающегося чешского физика и электротехника М. Теслы.